Cluster Mechatronik & Automation

News

24.04.2017

Integrierte Produktionsplanung und -steuerung von kundenindividuellen und standardisierten Produkten in flexiblen Produktionssystemen

Ausgangssituation
Kontinuierlich steigende Kundenansprüche und ein wachsender internationaler Wettbewerb erfordern einen stetigen Ausbau des Leistungsangebotes produzierender Unternehmen. Mittels immer kürzer werdenden Produkt- und Innovationszyklen streben Unternehmen eine nahezu vollständige Erfüllung der Kundenwünsche und Differenzierung vom Wettbewerb an. Dadurch ergab sich in den letzten Jahren ein starker Anstieg der Variantenvielfalt, die von vordefinierten Varianten über Produktkonfiguratoren bis hin zu kundeninnovierten Produkten reicht.

InnoCyFer – das Toolkit zur kundenindividuellen Produktion
Im Forschungsprojekt InnoCyFer (Integrierte Gestaltung und Herstellung kundeninnovierter Produkte in cyber-physischen Fertigungssystemen) wurde das Ziel verfolgt, die integrierte Gestaltung und Herstellung kundeninnovierter Produkte zu ermöglichen. Um die differenzierten Wünsche, Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden bestmöglich erfassen und umzusetzen, gilt es den Kunden umfassend in den Prozess der Produktentwicklung und -herstellung zu integrieren. Durch die direkte Kommunikation des Kunden mit dem Unternehmen über Web-2.0-Plattformen wird dieser in die Lage versetzt, mit umfangreicher Gestaltungsfreiheit in den Prozess der Produktentwicklung einzugreifen. Dadurch können Wünsche und Ideen des Kunden bereits in die Entwicklung des individuellen Produkts integriert werden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Gelingt es, die mit Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit ausgestattete Produktion mit einer Plattform zur kundenindividuellen Gestaltung von Endprodukten zu koppeln und somit eine Fertigung ohne Medienbrüche zu ermöglichen, ergibt sich ein Technologievorsprung, der die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen nachhaltig festigt. Zusammenfassend ergeben sich für die Herstellung hoch individualisierter Produkte insbesondere für die Produktionsplanung und –steuerung (PPS) neue Herausforderungen, die durch geeignete Methoden beherrschbar gemacht werden müssen.

 

Transfer von Forschungsergebnissen in die Industrie
Um einen weitreichenden Transfer von Forschungsergebnissen aus dem Forschungsprojekt InnoCyFer zu demonstrieren, wurde im Rahmen eines Transferprojektes die Konzeption einer flexiblen Fertigungslinie mit der angrenzenden Logistik in Zusammenarbeit mit der BSH Hausgeräte GmbH vorgenommen. Beispielhaft wurde hierzu die Fertigung einer Küchenmaschine am BSH Standort Nazarje, Slowenien für den Transfer ausgewählt. Der Fokus bei diesem Vorhaben lag auf der PPS eines flexiblen Produktionssystems zur Abarbeitung von Fertigungsaufträgen, unabhängig von der gegebenen Losgröße. Kundenindividuelle Einzelaufträge sollen auf derselben Produktionslinie zu vergleichbaren Herstellkosten wie das Standardprodukt produziert werden können.
Im ersten Schritt wurden relevante Betriebsdaten der bestehenden Produktionslinie aufgenommen und ein Simulationsmodell entwickelt. Mittels des Modells konnten verschiedene PPS-strategien getestet werden ohne die laufende Produktion zu beinträchtigen. Die Analyse zeigte, dass bei gegebenem Takt und geforderter Output Menge eine physische Änderung des bestehenden Fertigungssystems zwingend notwendig wurde. Für die komplexe Problemstellung wurde die Methode des morphologischen Kastens angewandt. Daraus wurden unterschiedliche Konzepte für Montagelinien entwickelt, die eine gemeinsame Produktion von kundenindividuellen und standardisierten Produkten ermöglichen. Um den Lösungsraum einzugrenzen wurde eine Entscheidungsmatrix mit sieben zu bewertenden Kriterien aufgestellt, welche in Abbildung 2 gezeigt wird. Mittels der Methode des paarweisen Vergleichs wurden die definierten Kriterien durch Fachexperten aus Produktion, Qualitätsmanagement, Logistik und IT gewichtet.

Die bisherigen Simulationsmodelle wurden durch eine weitere Zeitenaufnahme verfeinert und eine adaptive Ressourcenplanung in das Modell integriert. Dadurch war es möglich Mitarbeiter zwischen den Individualisierungsbereichen in Montage und Verpackung so zu verteilen, dass eine gleichmäßig hohe Auslastung erzielt werden konnte.

Um Standardprodukte ebenso wie individualisierungsarme und -starke Produkte in der Simulation abbilden zu können, wurde eine Szenarioanalyse für drei Produktvarianten in das Simulationsmodell integriert. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass das optimale Linienkonzept abhängig vom Verhältnis zwischen standardisierten Produkten und kundenindividuellen Produkten sowie des Zubehörumfangs ist, siehe Abbildung 3. Mithilfe des Simulationsmodells wurden konkrete Kennzahlen bestimmt anhand derer die Umstellung des Linienkonzepts ausgelöst werden sollte.


Ausblick
Innerhalb des beschriebenen Transferprojektes wurde ausschließlich eine dedizierte Produktionslinie innerhalb des Werkes betrachtet. Für eine optimale Lösung eines integrierten Fertigungssystems bedarf es jedoch der Analyse und Anpassung des gesamten Wertstromes eines Werkes. Insbesondere die Intralogistik, bestehend aus Materialbereitstellung und Lagerhaltung innerhalb des Werkes, ist ein essentieller Faktor zur Umsetzung flexibler Produktionssysteme. Um Aufträge von kundenindividuellen Produkten in bestehende Fertigungskonzepte zu integrieren, müssen auch diese Faktoren flexibel gestaltet werden.

Das Fraunhofer IGCV dankt dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie dem Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt für die großzügige Förderung und Betreuung im Rahmen des Forschungsprojektes InnoCyFer (Förderkennzeichen: 01MA13009A).

 

Autoren

Johannes Atug, M.Sc.

 

Fraunhofer IGCV
Provinostr. 52
86153 Augsburg
Johannes.Atug@igcv.fraunhofer.de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lukas Merkel, M.Sc.

 

Fraunhofer IGCV
Provinostr. 52
86153 Augsburg
Lukas.Merkel@igcv.fraunhofer.de


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